Как найти силу взаимного отталкивания…

Закон Кулона (Серов А.Ю.). урок. Физика 10 Класс

Как найти силу взаимного отталкивания...

Тема урока: «Закон Кулона». Закон Кулона количественно описывает взаимодействие точечных неподвижных зарядов – то есть зарядов, которые находятся в статичном положении друг относительно друга. Такое взаимодействие называется электростатическим или электрическим и является частью электромагнитного взаимодействия.

Электромагнитное взаимодействие

Конечно, если заряды находятся в движении – они тоже взаимодействуют. Такое взаимодействие называется магнитным и описывается в разделе физики, который носит название «Магнетизм».

Стоит понимать, что «электростатика» и «магнетизм» – это физические модели, и вместе они описывают взаимодействие как подвижных, так и неподвижных друг относительно друга зарядов. И всё вместе это называется электромагнитным взаимодействием.

Электромагнитное взаимодействие – это одно из четырех фундаментальных взаимодействий, существующих в природе.

Электрический заряд

Что же такое электрический заряд? Определения в учебниках и Интернете говорят нам, что заряд – это скалярная величина, характеризующая интенсивность электромагнитного взаимодействия тел.

То есть электромагнитное взаимодействие – это взаимодействие зарядов, а заряд – это величина, характеризующая электромагнитное взаимодействие. Звучит запутанно – два понятия определяются друг через друга.

Разберемся!

Существование электромагнитного взаимодействия – это природный факт, что-то вроде аксиомы в математике. Люди его заметили и научились описывать. Для этого они ввели удобные величины, которые это явление характеризуют (в том числе электрический заряд) и построили математические модели (формулы, законы и т. д.), которые это взаимодействие описывают.

Закон Кулона

Выглядит закон Кулона следующим образом:

Сила взаимодействия двух неподвижных точечных электрических зарядов в вакууме прямо пропорциональна произведению их модулей и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Она направлена вдоль прямой, соединяющей заряды, и является силой притяжения, если заряды разноименные, и силой отталкивания, если заряды одноименные.

Коэффициент k в законе Кулона численно равен:

Аналогия с гравитационным взаимодействием

Закон всемирного тяготения гласит: все тела, обладающие массой, притягиваются друг к другу. Такое взаимодействие называется гравитационным.

Например, сила тяжести, с которой мы притягиваемся к Земле, – это частный случай именно гравитационного взаимодействия. Ведь и мы, и Земля обладаем массой.

Сила гравитационного взаимодействия прямо пропорциональна произведению масс взаимодействующих тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Коэффициент γ называется гравитационной постоянной.

Численно он равен: .

Как видите, вид выражений, количественно описывающих гравитационное и электростатическое взаимодействия, очень похож.

В числителях обоих выражений – произведение единиц, характеризующих данный тип взаимодействия. Для гравитационного – это массы, для электромагнитного – заряды. В знаменателях обоих выражений – квадрат расстояния между объектами взаимодействия.

Обратная зависимость от квадрата расстояния часто встречается во многих физических законах. Это позволяет говорить об общей закономерности, связывающей величину эффекта с квадратом расстояния между объектами взаимодействия.

Эта пропорциональность справедлива для гравитационного, электрического, магнитного взаимодействий, силы звука, света, радиации и т. д.

Объясняется это тем, что площадь поверхности сферы распространения эффекта увеличивается пропорционально квадрату радиуса (см. рис. 1).

Рис. 1. Увеличение площади поверхности сфер

Это будет выглядеть естественным, если вспомнить, что площадь сферы пропорциональна квадрату радиуса:

Физически это означает, что сила взаимодействия двух точечных неподвижных зарядов в 1 Кл, находящихся на расстоянии 1 м друг от друга в вакууме, будет равна 9·109 Н (см. рис. 2).

Рис. 2. Сила взаимодействия двух точечных зарядов в 1 Кл

Казалось бы, эта сила огромна. Но стоит понимать, что ее порядок связан с еще одной характеристикой – величиной заряда 1 Кл. На практике заряженные тела, с которыми мы взаимодействуем в повседневной жизни, имеют заряд порядка микро- или даже нанокулонов.

Коэффициент  и электрическая постоянная

Иногда вместо коэффициента  используется другая постоянная, характеризующая электростатическое взаимодействие, которая так и называется – «электрическая постоянная». Обозначается она . С коэффициентом  она связана следующим образом:

Выполнив несложные математические преобразования можно ее выразить и вычислить:

Обе константы, конечно, присутствуют в таблицах задачников. Закон Кулона тогда примет такой вид:

Обратим внимание на несколько тонких моментов.

Важно понимать, что речь идет именно о взаимодействии. То есть если мы возьмем два заряда, то каждый из них будет действовать на другой с силой, по модулю равной. Эти силы будут направлены в противоположные стороны вдоль прямой, соединяющей точечные заряды.

Заряды будут отталкиваться, если они имеют один знак (оба положительные или оба отрицательные (см. рис. 3)), и притягиваться, если имеют разные знаки (один отрицательный, другой положительный (см. рис. 4)).

Рис. 3. Взаимодействие одноименных зарядов

Рис. 4. Взаимодействие разноименных зарядов

Точечный заряд

В формулировке закона Кулона присутствует термин «точечный заряд». Что это означает? Вспомним механику. Исследуя, например, движение поезда между городами, мы пренебрегали его размерами.

Ведь размеры поезда в сотни или тысячи раз меньше расстояния между городами (см. рис. 5).

В такой задаче мы считали поезд «материальной точкой» – телом, размерами которого в рамках решения некоторой задачи мы можем пренебречь.

Рис. 5. Размерами поезда в данном случае пренебрегаем

Так вот, точечные заряды – это материальные точки, обладающие зарядом. На практике, используя закон Кулона, мы пренебрегаем размерами заряженных тел в сравнении с расстояниями между ними. Если же размеры заряженных тел сопоставимы с расстоянием между ними, то из-за перераспределения заряда внутри тел электростатическое взаимодействие будет носить более сложный характер.

В вершинах правильного шестиугольника со стороной  помещены друг за другом заряды . Найдите силу, действующую на заряд , расположенный в центре шестиугольника (см. рис. 6).

Рис. 6. Рисунок к условию задачи 1

Порассуждаем: заряд, находящийся в центре шестиугольника, будет взаимодействовать с каждым из зарядов, находящихся в вершинах шестиугольника. В зависимости от знаков это будет сила притяжения или сила отталкивания. С зарядами 1, 2 и 3, которые являются положительными, заряд, находящийся в центре, будет испытывать электростатическое отталкивание (см. рис. 7).

Рис. 7. Электростатическое отталкивание

А с зарядами 4, 5 и 6 (отрицательными) заряд в центре будет иметь электростатическое притяжение (см. рис. 8).

Рис. 8. Электростатическое притяжение

Суммарная сила, действующая на заряд, находящийся в центре шестиугольника, будет равнодействующей сил ,,,, и, модуль каждой из которых можно найти с помощью закона Кулона. Приступим к решению задачи.

Решение

Силы взаимодействия заряда, который находится в центре, с каждым из зарядов в вершинах зависит от модулей самих зарядов и расстояния между ними. Расстояние от вершин к центру правильного шестиугольника одинаковое, модули у взаимодействующих зарядов в нашем случае тоже равны (см. рис. 9).

Рис. 9. Расстояния от вершин до центра в правильном шестиугольнике равны

А значит, все силы взаимодействия заряда в центре шестиугольника с зарядами в вершинах будут равны по модулю. Воспользовавшись законом Кулона, мы можем найти этот модуль:

Расстояние от центра до вершины в правильном шестиугольнике равно длине стороны правильного шестиугольника, которая нам известна из условия, поэтому:

Теперь нам необходимо найти векторную сумму – для этого выберем систему координат: ось  вдоль силы , а ось  перпендикулярно  (см. рис. 10).

Рис. 10. Выбор осей

Найдем суммарные проекции на оси – модуль каждой из них обозначим просто .

Так как силы  и  сонаправлены с осью , а  находятся под углом к оси (см. рис. 11).

Рис. 11. Направление сил относительно оси

Проделаем такие же действия для оси :

Знак «-» – потому что силы  и  направлены в противоположную сторону оси . То есть проекция суммарной силы на ось , которую мы выбрали, будет равна 0. Получается, что суммарная сила будет действовать только вдоль оси , остается подставить сюда только выражения для модуля сил взаимодействия и  и получить ответ. Суммарная сила будет равна:

Задача решена.

Еще один тонкий момент заключается вот в чем: в законе Кулона сказано, что заряды находятся в вакууме (см. рис. 12).

Рис. 12. Взаимодействие зарядов в вакууме

Это действительно важное замечание. Потому что в среде, отличной от вакуума, сила электростатического взаимодействия будет ослабляться (см. рис. 13).

Рис. 13. Взаимодействие зарядов в среде, отличной от вакуума

Чтобы учесть этот фактор, в модель электростатики была введена специальная величина, которая позволяет сделать «поправку на среду». Называется она диэлектрической проницаемостью среды. Обозначается, как и электрическая постоянная, греческой буквой «эпсилон», но уже без индекса.

Физический смысл этой величины заключается в следующем.

Сила электростатического взаимодействия двух точечных неподвижных зарядов в среде, отличной от вакуума, будет в ε раз меньше, чем сила взаимодействия таких же зарядов на таком же расстоянии в вакууме.

Таким образом, в среде, отличной от вакуума, сила электростатического взаимодействия двух точечных неподвижных зарядов будет равна:

Значения диэлектрической проницаемости различных веществ давно найдены и собраны в специальных таблицах (см. рис. 14).

Рис. 14. Диэлектрическая проницаемость некоторых веществ

Мы можем свободно использовать табличные значения диэлектрической проницаемости необходимых нам веществ при решении задач.

Важно понимать, что при решении задач сила электростатического взаимодействия рассматривается и описывается в уравнениях динамики как обычная сила. Решим задачу.

Два одинаковых заряженных шарика подвешены в среде с диэлектрической проницаемостью  на нитях одинаковой длины , закрепленных в одной точке. Определите модуль заряда шариков, если нити находятся под прямым углом друг к другу (см. рис. 15). Размеры шариков пренебрежимо малы по сравнению с расстоянием между ними. Массы шариков равны .

Рис. 15. Рисунок к условию задачи 2

Порассуждаем: на каждый из шариков будут действовать три силы – сила тяжести ; сила электростатического взаимодействия  и сила натяжения нити  (см. рис. 16).

Рис. 16. Силы, действующие на шарики

По условию шарики одинаковые, то есть их заряды равны как по модулю, так и по знаку, а значит, сила электростатического взаимодействия в данном случае будет силой отталкивания (на рис. 16 силы электростатического взаимодействия направлены в разные стороны). Так как система находится в равновесии, будем использовать первый закон Ньютона:

Так как в условии сказано, что шарики подвешены в среде с диэлектрической проницаемостью , а размеры шариков пренебрежимо малы по сравнению с расстоянием между ними, то в соответствии с законом Кулона сила, с которой будут отталкиваться шарики, будет равна:

Решение

Распишем первый закон Ньютона в проекциях на оси координат. Ось  направим горизонтально, а ось  вертикально (см. рис. 17).

Рис. 17. Выбор направления осей координат

Рис. 18. Силы в проекциях на оси координат

Так как на шарики действуют одинаковые силы тяжести и силы электростатического взаимодействия, нити тоже одинаковые – они отклонятся на одинаковые углы  (см. рис. 19).

Рис. 19. Углы, на которые отклоняются шарики, одинаковые

В сумме эти углы дают нам , это означает, что:

Тогда из прямоугольного треугольника можно найти углом :

Добавим к двум уравнениям, которые мы записали, выражение для модуля силы электростатического взаимодействия:

Расстояние  найдем геометрически – найдем прилежащий к углу  катет и умножим его на 2:

Мы получили систему из 4-х уравнений:

Математическое решение можно пронаблюдать в свертке.

Ответ:

Решение системы уравнений

Выразим из второго уравнения силу натяжения нити  и подставим в первое:

Отсюда выразим силу электростатического взаимодействия:

Приравняем выражение для силы электростатического взаимодействия, которое мы сейчас выразили с третьим уравнением:

Подставим сюда выражение для

Выразим искомый заряд

Так как угол , то , тогда: 

На этом наш урок закончен. Спасибо за внимание.

Список литературы

1. Соколович Ю.А., Богданова Г.С Физика: Справочник с примерами решения задач. – 2-е издание передел. – X.: Веста: Издательство «Ранок», 2005. – 464 с.

2. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика: Учеб. для общеобразоват. учреждений. Базовый и профильный уровни. 19-е издание – М.: Просвещение, 2010. 

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Интернет-сайт physics.ru (Источник)       

2. Интернет-сайт «Класс!ная физика» (Источник)

Домашнее задание

1. Запишите формулу закона Кулона.

2. Как взаимодействуют разноименно заряженные тела?

3. Решите задачу: два заряда, 10 нКл и -2 нКл, закреплены на расстоянии 10 см друг от друга. Определите силу, с которой они взаимодействуют.

Источник: https://interneturok.ru/lesson/physics/10-klass/osnovy-elektrodinamiki-2/zakon-kulona-serov-a-yu

Природа сил притяжения и отталкивания. Элементарная частица материи как диполь. — Концепция 4-х субстанций

Как найти силу взаимного отталкивания...

Когда мы слышим термины «отталкивание», «притяжение» — то в памяти сразу всплывают электрические взаимодействия. Потому что именно им, прежде всего, приписывают генезис сил притяжения и отталкивания.

  • Взаимодействием протонов и электронов объясняются все процессы притяжения и отталкивания между элементарными частицами, атомами, молекулами.
  • Гравитационные взаимодействия подразумевают только силы притяжения.

Копнуть глубже не получается. Природу возникновения сил притяжения и отталкивания наука не объясняет. Объяснения ограничиваются  только этим:

  • одноименные заряды отталкиваются потому что они одноименные;
  • разноименные заряды притягиваются потому что они разноименные.

— Ну а что делает их такими? — Разноименные электрические заряды…

Но есть другой подход, который здорово проясняет мозги насчет «+» и «-», и прекрасно объясняет природу сил притяжения и отталкивания.

Представим, что энергия – есть самостоятельная материальная субстанция, независимая от материи. Что она заполняет собой все пространство вселенной. Так называемый «вакуум» — есть рассредоточение энергии низшей плотности.

Представим, что элементарная частица материи имеет вытянутую форму: что-то вроде длинного карандаша. Острие этого «карандаша» – есть точка взаимодействия с энергией.

Представим, что элементарная частица непрерывно движется в пространстве вселенной.  И, при этом, она непрерывно поглощает энергию.

Взаимодействие элементарной частицы с энергией происходит следующим образом:

  • Движущаяся элементарная частица своим острием «заглатывает» энергию из окружающего пространства. В этом месте пространства образуется «пустота» — отсутствие энергии.
  • Окружающая энергия «хлынет» со всех сторон в эту «пустоту», восстанавливая свою плотность.
  • Благодаря сцеплению энергии с «телом» элементарной частицы (с «карандашом»), движущаяся энергия придает импульс движения элементарной частице. И та наращивает свою скорость.

Чтобы легче было понять физику явления, проведем некоторые аналогии.

Представим некую жидкость. В ней с начальной скоростью «v» движется «идеальный насос».

— Потому что он обладает некоторыми качествами:

  • Он непрерывно (циклами) поглощает жидкость. Причем эту жидкость от «уплотняет» и «складывает» внутри себя.
  • «Производительность» «насоса» не ограничена. То есть он может «заглотить» сколько угодно «жидкости».
  • Насос имеет длинную вытянутую форму. «Раструб», которым он поглощает жидкость, находится на передней его оконечности  — на острие вектора его движения.

Итак, наш насос заглотнул жидкость. В этом месте образовалась пустота. Немедленно, жидкость из ближайшего окружения ринется в эту пустоту, восстанавливая свою плотность.

При этом, жидкость будет двигаться к раструбу со всех сторон пространства. Тогда, благодаря сцеплению с поверхностью насоса, эти потоки придадут ему импульс движения (ведь раструб находится на острие вектора движения насоса).

Получаем два эффекта:

  1. Скорость поступательного движения насоса увеличится.
  2. Благодаря этой увеличившейся скорости, в следующий цикл, в «раструб» войдет чуть больше жидкости, чем в первый цикл.

Это означает:

  • что размер образовавшейся «пустоты» будет больше, чем в первый раз;
  • что количество жидкости, которое вновь заполнит эту «пустоту», будет больше;
  • что импульс движения, который придадут потоки жидкости нашему насосу, будет также чуть больше предыдущего.

Получаем замкнутый круг:

—  Чем выше скорость поступательного движения нашего «насоса» — тем больше, одномоментно, он «заглотит» жидкости в следующий цикл. —  Чем больше, одномоментно, наш насос «заглотит» жидкости, тем выше скорость его поступательного движения.

Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока скорость движения «насоса» не сравняется со скоростью движения «жидкости». Только тогда наш «насос» прекратит наращивать скорость.

А что происходит с жидкостью около «насоса»?

В «раструб» нашего «насоса» попадает жидкость только со стороны встречного направления.  Это понятно: Наш «насос» непрерывно движется. И в него «заходит» жидкость только с той стороны, куда он движется («Насос» сам, активно, не «всасывает» жидкость. Он поглощает только то, что в него «попало»).

Но жидкость, восстанавливающая плотность, движется к непрерывно образующейся «пустоте» со всех сторон пространства. В том числе и с задней полусферы движения.

В результате, получаем важнейшую закономерность: непосредственно за «раструбом» «насоса», позади него, в каждый цикл движения «насоса» формируется область повышенной плотности жидкости (представим, что наша «жидкость» способна легко уплотняться, наподобие газа). Причем, чем выше скорость «насоса», тем выше плотность жидкости этого уплотнения.

При этом, «посторонние» потоки жидкости, на пути которых встретится такое «уплотнение», в обязательном порядке изменят направление своего движения, огибая стороной это «уплотнение».

Вот это «отклонение» сторонних потоков, от области уплотнения около нашего «насоса» — есть СИЛА ОТТАЛКИВАНИЯ нашего «насоса».

В том, что именно такие закономерности будут наблюдаться в результате «работы»  идеального насоса, вам подтвердит любой специалист по аэрогодродинамике.

Теперь представим, что рядом, параллельно друг другу, движутся два идеальных насоса.

Отметим, что в результате непрерывного поглощения ими жидкости, между ними образуется область жидкости с меньшей плотностью. То есть – область разрежения жидкости.

И оба наши «насоса», в обязательном порядке, изменят направление своего движения в сторону этого разрежения.

 Эту закономерность вам, опять-таки, подтвердит любой специалист по аэрогидродинамике.

Это есть СИЛА ПРИТЯЖЕНИЯ этих «насосов».

И подчиняется она, догадайтесь, какой формуле? – знаменитой формуле Ньютона:

F~m1×m2 / r2

где:

F –  сила притяжения между «насосами», m1, m2 – масса одномоментно «заглатываемой» жидкости обоими «насосами». r2 – расстояние между «насосами»

Теперь перенесем все наши раасуждения о «взаимодействии «насоса» с «жидкостью» — на элементарную частицу материи и энергию.

И мы получим:

  • Элементарная частица материи непрерывно движется в пространстве вселенной, непрерывно поглощая свободную энергию пространства вселенной. Причем, поглощает независимо от других частиц, даже если она входит в состав материального тела. Планеты — например.
  • Благодаря этому поглощению, элементарная частица материи непрерывно наращивает скорость своего поступательного движения.  То есть — движется с ускорением.
  • Потоки свободной энергии движутся в пространстве с константой скорости — скоростью света.
  • Благодаря непрерывному поглощению энерии из пространства, элементарная частица создает потоки энергии, направленные к ней. Этими потоками, элементарная частица притягивает к себе другие элементарные частицы, попавшие в эти потоки. Это есть сила притяжения.
  • Благодаря непрерывному наращиванию скорости элементарной частицей, позади ее точки поглощения энергии образуется постоянноя область сгущения свободной энергии повышенной плотности. Эта область формирует силу отталкивания: Все частицы, на траектории движения которых окажется это сгущение, в обязательном порядке изменят направление своего движения, огибая это сгущение.

Итак:

Элементарная частица материи представляет собой ДИПОЛЬ, обладающий как силой притяжения, так и силой отталкивания.

СИЛА ПРИТЯЖЕНИЯ элементарной частицы материи образуется потоками свободной энергии, направленными к точке поглощения энергии, в  результате непрерывного движения элементарной частицы в пространстве.

СИЛА ОТТАЛКИВАНИЯ элементарной частицы материи образуется сгущением свободной энергии позади точки поглощения энергии, в результате непрерывного движения элементарной  частицы в пространстве.

Эти силы притяжения и отталкивания формируют все материальные тела во вселенной, образуют все виды взаимодействия:

  • и ядерные,
  • и химические,
  • и электрические,
  • и гравитационные,
  • и коллапс…

Обо всем этом читатель может прочитать на нашем сайте.

Рассмотренные нами процессы подробно и научным языком описаны в статье «Фундаментальные взаимодействия материи и энергии».

  • Человек и законы выживания. Будущее человечества.
  • уберите ложь
  • Эволюция, Россия, США, Путин и глобальный кризис
  • ЭВОЛЮЦИЯ, РЕЛИГИЯ, ГЕОПОЛИТИКА. РОССИЯ, УКРАИНА, США
  • Заключение
  • Мышление
  • Угасательное торможение
  • Фоновая активность центра удовольствия.
  • Сенсорные нервные центры
  • Соматический ум
  • Дуализм происхождения человека
  • Инквизиция
  • Язычество
  • Цивилизация единения с природой
  • Эволюционная роль мужчины и женщины в развитии вида «Человек разумный»
  • Механизм обратной связи
  • Механизм установления нервных связей при поступлении нераспознанной информации
  • Электромагнитная индукция
  • заключение
  • Магниты
  • Электрический ток
  • Инстинкт любопытства (ориентировочный инстинкт).
  • Регулятивная роль центра неудовольствия в обычной рефлекторной деятельности
  • Центр неудовольствия
  • Центр боли
  • Сенсорный и эффекторный нервные центры рефлекса
  • Рефлексообразующие факторы
  • Рефлекторная дуга
  • Физиологические основы высшей нервной деятельности
  • Торможение и возбуждение. Боль, удовольствие, неудовольствие.
  • Механизм нейронного взаимодействия
  • Иерархия рефлексов и инстинктов
  • Инстинкты
  • Память
  • Функции раздражителей рефлекса
  • Главный раздражитель рефлекса
  • Четыре типа высшей нервной деятельности
  • Рефлекс
  • Ретикулярная формация
  • Рефлекс удовольствия
  • Фильтр ОБУ
  • Фоновое возбуждение
  • Центр удовольствия (Торможение)
  • Энергетический след
  • Образование атомов химических элементов
  • Бейсик — информация. бит информации
  • как победить свой страх, свою лень, нерешительность
  • Эффект повышения скорости элементарных частиц материи
  • СССР и религия
  • Об уважении к детям.
  • Великая роль Слова
  • Взаимная индукция торможения и возбуждения
  • Что есть чувственное восприятие.
  • В чем секрет наркозависимости и алкозависимости..
  • Эмоции. Шкала.
  • Магнитное поле Земли
  • Строение элементарной частицы. Законы построения атомов. Динамическая модель атома.
  • ст. 14 Что есть жизнь? Что есть душа?
  • Будущее человечества. Эволюция разума.
  • Эволюция человека. Эволюция души.
  • Природа сил притяжения и отталкивания. Элементарная частица материи как диполь.
  • Что есть старость? Что есть смерть?
  • ст.4 Механизмы звездообразования, планетообразования. Синтез атомов химических элементов.
  • ст.3 Атомное строение веществ
  • a.4 Mechanisms of star and planet formation. Synthesis processes the atoms of chemical elements
  • a.6 Thoughts on dialectics
  • a.5 Theory of time
  • СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ
  • СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ
  • СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ
  • ст.1 Рефлекторный ум. Разум. Искусственный интеллект
  • ст.1 Закон выживания: Динамический принцип существования.
  • ст. 1 Об энергии, материи, пространстве, теории единого поля и эволюции вселенной
  • ст.2 Раздражители рефлекса. Нервный след и нервное замыкание
  • ст.2 Фундаментальные взаимодействия материи и энергии.
  • ст. 2 Разумность, сознание, подсознание, бессознательность
  • ст. 4 Познание, осознание, озарение, замок познания
  • ст. 3 Мышление. Абстрактное, речевое, концептуальное, рефлекторное мышление. Телепатия, гипноз.
  • ст. 5 Добро, зло, красота. Как красота спасет мир.
  • ст. 6 Сущность человека. Аффинити, влечение, любовь.
  • ст.3 Чувственное восприятие. НЦ раздражителя.Образы первого, второго и третьего порядка.
  • Теория времени — статья пятая
  • ст.4 Слово. Инграмма. Зомбирование
  • ст.7 Оптика и волновые явления
  • ст.6 Размышления о диалектике. Закон цикличности развития.
  • ст.8 Электрические взаимодействия, электроток, электромагнитное поле, электромагнетизм
  • ст.5 Метод угасательного торможения как способ избавления от инграмм
  • ст.6 Процедура дианетического одитинга
  • ст.7 Эмоции. Шкала эмоций
  • ст. 10 Пособие учителю: как сделать успеваемость в классе очень высокой. Физиологические проявления процессов Познания. Препятствия процессу Познания.
  • ст. 9 Эволюция жизни на Земле
  • ст 10 Инстинкт родительской защиты
  • ст. 8 Религия. Тотемизм, язычество, мировые религии. Роль инквизиции. Пророки.
  • ст 9 Физиологические основы наркоманиии, алкоголизма, табакокурения
  • ст. 7 Кастовое деление общества. Лестница развития разума
  • ст 8 стокгольмский синдром
  • ст. 11 Гипотеза психосоматического генезиса онкологических заболеваний
  • ст. 12 Россия двадцатого века и в новейший период истории
  • Книга 3. «Основы психологии: теория познания, теория реинкарнации»
  • Книга 1. «Теория Единого поля — альтернативное мнение»
  • a.1 Matter, space and energy
  • ст.0 Эволюция науки
  • Космогоническая гипотеза, цикл развития галактики

Источник: https://galeevrk.ru/prityazenie-ottalkivanie/

О законе

Как найти силу взаимного отталкивания...
?

Categories: Не буду никого критиковать и ни на кого ссылаться, дабы не обижать людей… просто напишу кое-что в рамках своих лженаучных дилетантских рассуждений. В идее закона «всемирного отталкивания» есть одна очевидная деталь: если все массы во Вселенной испытывают взаимное отталкивание, то это относится не только к взаимодействию между телами.

Эти же силы будут стараться разорвать любое тело на части. Меж тем небесные тела (звезды, планеты) представляют собой объекты, чья «прочность на разрыв» в лучшем случае близка к нулю, а зачастую даже отрицательна — например, горячая среда в звезде находится под давлением, и стремится эту самую звезду разорвать на части.

Другими словами, если верен закон «всемирного отталкивания», то звезды и планеты сохраняют свою форму и не распыляются в пространстве лишь оттого, что их со всех сторон сдавливает гравитация. Которая есть силы отталкивания со стороны окружающей Вселенной.

Это прямое и очевидное следствие закона «всемирного отталкивания», это может показаться банальностью, но это обязательно надо проговорить и это надо иметь в виду, говоря об идее такого закона. Давайте представим себе простую иллюстрацию сказанного. Вот планета Земля, а вот на ее поверхность мы кладем чугунную гирю.

Почему гиря не улетает с планеты в космос, ведь Земля ее отталкивает? Потому, что гравитационное давление со стороны окружающей Вселенной превышает силу отталкивания со стороны Земли. И результирующий вектор силы гравитации направлен не от Земли, а к центру Земли. Поэтому гиря не улетает в космос, а наоборот, стремится упасть на поверхность.

Против этого нет возражений (в рамках идеи «всемирного отталкивания»)? Надеюсь, что нет. Хорошо, но давайте вспомним, что формула закона «всемирного отталкивания» выглядит так же, как формула закона «всемирного тяготения». То есть, сила гравитации, согласно этому закону, пропорциональна квадрату расстояния.

Что это означает? Это означает, что всякое тело отталкивает от себя другие (то есть удаленные) тела с силой намного меньшей, чем та сила, с которой это тело само стремится разорваться на части.

Каково бы не было отталкивающее действие, например, звезды на другие звезды — разрывающее саму звезду действие будет сильнее в миллионы раз.

Представим себе самую большую звезду во Вселенной, задающую предельную силу гравитационного отталкивания. С какой силой эта звезда отталкивает от себя ближайшие звезды? Так вот, себя она стремится разорвать на части с несопоставимо большей силой.

Ведь другие звезды — далеко, и сила гравитации в отношении них ослаблена в зависимости от квадрата расстояния! А тело самой звезды — вот оно, разрывающие ее силы взаимного отталкивания не ослаблены расстояниями в несколько световых лет.

ПС. Есть и еще одна проблема.

То расстояние, с которого гравитация окружающей Вселенной действует на Землю — это ведь очень большое расстояние. От Земли до ближайшей звезды — триллионы километров, более 4 световых лет.

И это только до ближайшей, среднее расстояние до «ближайших окружающих» Землю звезд намного больше. Итак, расстояния — просто огромны.

На фоне этих расстояний диаметр Земли — величина совершенно ничтожная. Можно смело сказать — величина эта, в сравнении, практически нулевая. А это означает, что вектор силы гравитации от окружающей Землю Вселенной — той гравитации, которая обезпечивает силу тяжести на Земле — этот вектор тоже нулевой.

Ведь посмотрите, что получается. Чтобы на Земле действовала сила тяжести, надо чтобы вектор гравитации с каждого «бока» земного шара был направлен в центр Земли.

Это означает, например, что векторы гравитации от окружающей Вселенной со стороны Южного полюса Земли и со стороны Северного полюса Земли должны быть РАЗНОНАПРАВЛЕННЫ.

Но каким образом? Разница в расстояниях обусловлена диаметром Земли и эта разница ничтожна! Напомню, гравитационное давление на Землю осуществляется с эпических расстояний в триллионы километров! Каким образом, при таких расстояниях, вектор силы может поменяться на противоположный, при разнице в считанные тысячи километров (диаметр Земли)?

Более того. Радиус Земли ничтожно мал также в сравнении с диаметром орбиты Земли. То есть, если сила тяжести на Земле обусловлена давлением окружающей Вселенной, эта сила тяжести должна гораздо сильнее зависеть от положения Земли на орбите, чем от того, на Южном полюсе мы находимся или на Северном или на экваторе.

АПДЕЙТ. Проиллюстрируем вторую проблему наглядными картинками (с первой, полагаю, и так все ясно). На картинке ниже синяя сфера условно изображает окружающую планету Вселенную. Сама планета- зеленый кружок. Синие стрелки — давление гравитации Вселенной на планеты. Перекрестие — точка устойчивого равновесия для планеты, в которой она может покоиться.

Оранжевый кружок — некий предмет, который мы кладем на поверхноссть планеты, например гиря.На картинке видно, что я для начала поместил планету НЕ в центр устойчивости. Понятно, что в соответствии с законом «всемирного отталкивания», на планету будет действовать вектор силы, толкающей ее в сторону точки устойчивого равновесия.

И этот же вектор, эта же сила, будет прижимать к планете нашу оранжевую гирю. Я не буду сейчас рассматривать вопрос, больше ли эта сила, чем сила отталкивания со стороны планеты. Предположим, что больше и что гирю прижмет к планете. Теперь представим, что мы положили гирю на противоположную сторону планеты.

Что мы увидим? Мы увидим, что на гирю действует вектор силы, заставляющий ее немедленно улететь с планеты. Почему так? Потому что на гирю действует та же сила со стороны Вселенной, что и на планету — толкающая гирю к точке равновесия. Но ВДОБАВОК, на гирю действует сила отталкивания со стороны самой планеты.

А значит, гиря оторвется от планеты и начнет приближаться к центру равновесия быстрее ее:С точки зрения наблюдателя на планете, это будет выглядеть так, как будто «закон земного притяжения» перестал действовать. Все, что находится на правой стороне планеты, включая и самого наблюдателя, а также атмосферу и воду, немедленно отправится в космос.

Логично также предположить, что и сама планета разорвется на куски, ведь например ее левая половинка отталкивает от себя правую… А теперь давайте вспомним, что Земля не находится в некоей точке устойчивости относительно давления окружающей Вселенной, по той простой причине, что она постоянно движется по орбите.

А значит, если предположить даже, что центр орбиты (Солнце) является локальной точкой устойчивости, Земля постоянно находится вне его. В полном соответствии с иллюстрацией выше. Вы можете возразить, что мол Земля находится в свободном падении, вращаясь вокруг Солнца, а значит все действующие на нее силы скомпенсированы. Что ж, отлично.

В таком случае с Земли обязано улететь вообще все, что на ней находится — ведь во Вселенной действует закон «всемирного отталкивания», а не притяжения. А значит находящаяся в свободном падении (вместе со всеми предметами на ней) Земля будет отталкивать эти предметы от себя. А прижать их к Земле нечем — все внешние силы скомпенсированы. лженаука

Источник: https://greenorc.livejournal.com/675694.html

Kvant. Гравитационное отталкивание

Как найти силу взаимного отталкивания...

Воронов В. Гравитационное «отталкивание» // Квант. — 2009.— № 3. — С. 37-40

По специальной договоренности с редколлегией и редакцией журнала «Квант»

Закон всемирного тяготения относится к числу фундаментальных физических законов. Казалось бы, нет основания сомневаться в справедливости его основного тезиса о взаимном притяжении тел в природе. Однако существуют ситуации, в которых всемирное тяготение приводит к совершенно неожиданным эффектам. Вот об этих необычных случаях и хотелось бы поговорить.

Вообразим бесконечную вселенную, заполненную водой. Как будут взаимодействовать друг с другом различные тела в этой вселенной? Вроде бы, ответ очевиден: они будут притягиваться, подчиняясь закону всемирного тяготения. Но… не стоит торопиться с выводами. Давайте разберем несколько частных случаев.

Для начала исследуем взаимодействие двух свинцовых дробинок. Сразу стоит оговориться, что термин «взаимодействие» здесь не очень подходит, так как на дробинки действуют не только силы взаимного гравитационного притяжения, но и гравитация вселенной, и силы упругости водной среды. В первую очередь, постараемся учесть все силы, имеющие гравитационную природу.

Учет гравитационного взаимодействия. Рассмотрим силы, действующие на дробинку 1 (рис.1). Проведем через ее центр плоскость, перпендикулярную линии, соединяющей обе дробинки. Она разделит вселенную на две полувселенные. Для удобства назовем их левой и правой.

Эти две полувселенные симметричны относительно разделяющей их плоскости, но в правой есть дополнительная дробинка 2. Симметричные части полувселенных действуют на дробинку 1 с совершенно равными силами притяжения.

Результирующая сила является итогом действия двух различающихся сферических элементов. В правой части это дробинка, а в левой — вода в объеме дробинки.

Так как масса дробинки больше массы соответствующего элемента воды, то полная сила \(\vec F_1 ,\) действующая на дробинку 1 , будет направлена вправо, но окажется меньше силы гравитационного притяжения к дробинке 2. Рассчитаем эту силу:

\(~F_1 = F_{dr}-F_{vodi} = G\frac{ m_{dr} m_{dr} }{r2} — G\frac{ m_{dr} m_{vodi} }{r2} = G\frac{ m_{dr} }{r2} (m_{dr} m_{vodi}) = G\frac{ m_{dr}2 }{r2} \left( 1 — \frac{ \rho_{vodi} }{\rho_{dr}} \right),\)

где r — расстояние между дробинками.

Рис. 1

Легко показать, что эта формула в случае разных по массе дробинок преобразуется к виду

\(~F_1 = G\frac{m_1m_2}{r2}\left(1 — \frac{ \rho_{vodi} }{ \rho_{dr} } \right),\)

а в случае взаимодействия частиц любого вещества в любой бесконечной среде принимает вид

\(~F_1 = G\frac{m_1m_2}{r2}\left(1 — \frac{ \rho_{sredy} }{ \rho_{veschestva} } \right),\)

Выражение, стоящее до скобок, полностью совпадает с законом всемирного тяготения, и если плотность среды положить равной нулю, то мы получаем стандартную формулировку закона. (Что и должно произойти, поскольку в этом случае формула описывает гравитационное взаимодействие тел в вакууме.)

Если плотность среды постепенно увеличивать, то сила взаимного притяжения будет уменьшаться, пока не обратится в ноль при равенстве плотностей среды и вещества.

Если же плотность среды будет больше плотности помещенных в нее элементов вещества, то сила станет отрицательной, что соответствует отталкиванию этих элементов.

Так, два деревянных шарика в водной вселенной будут отталкиваться с силой

\(~F_1 = G\frac{m_1m_2}{r2} \left| 1 — \frac{ \rho_{vodi} }{ \rho_{dereva} } \right| ,\)

Таким образом, тяготение способно породить отталкивание!

Этот эффект взаимного отталкивания можно пояснить, вводя в рассмотрение «поля», порождаемые внесением в бесконечную однородную среду элементов вещества с иной плотностью. Появление более плотного вещества приводит к созданию «поля» тяготения. Причем тяготение создается только за счет «избыточной» плотности в объеме вещества.

Если же плотность вещества меньше плотности среды, то возникает «поле» отталкивания. Особенность этих «полей» в том, что они проявляют свои свойства вне зависимости от того, на какое вещество (с плотностью большей или меньшей плотности среды) они действуют.

Напряженность такого «поля» можно рассчитать по формуле (речь идет о центральном поле)

\(~E = G\frac{m_{veschestva}}{r2} \left| 1 — \frac{ \rho_{sredy} }{ \rho_{veschestva} } \right|.\)

Теперь попробуем исследовать более сложный случай. До сих пор мы рассматривали элементы вещества, имеющие одну и ту же плотность. А как будут взаимодействовать тела с различными плотностями? Для определенности выберем деревянный шарик и свинцовую дробинку и воспользуемся понятиями «полей» отталкивания и тяготения.

Дробинка, имея избыточную плотность, создает «поле» тяготения и поэтому будет притягивать деревянный шарик (рис.2). Аэтот шарик, обладая недостаточной плотностью, создает «поле» отталкивания и потому будет отталкивать свинцовую дробинку. Таким образом, силы, действующие на дробинку и шарик, будут направлены в одну сторону.

Можно показать, что в этом случае модуль каждой силы, при соответствующей замене индексов 1 (для дробинки) и 2 (для шарика), рассчитывается по формуле

\(~F_{12} = G\frac{m_1m_2}{r2} \left| 1 — \frac{ \rho_{sredy} }{ \rho_{veschestva} } \right|.\)

Рис. 2

Но нарушение третьего закона Ньютона (силы не только не направлены навстречу друг другу, но, в общем случае, и не равны по модулю), как и закона всемирного тяготения, только кажущееся. Дело в том, что силы, описываемые последней формулой, не являются силами взаимодействия.

Наряду с гравитационным взаимодействием тел эта формула учитывает гравитационное влияние вселенной, порожденное ее асимметрией по отношению к каждому из тел. И различие в силах «взаимодействия» порождается именно различным влиянием вселенной на находящиеся в ней элементы.

Подводя промежуточный итог, можно заметить, что учет всех сил, имеющих гравитационную природу, показывает, что закон всемирного тяготения вызывает не только притяжение тел. Но необходимо помнить, что мы пока не принимали во внимание наличие сил упругости водной среды. Этим и займемся.

Учет архимедовой силы. Кажется вполне очевидным, что в однородной водной вселенной давление во всех точках одинаково. Архимедова сила возникает только тогда, когда появляется неоднородное включение. Рассчитаем эту силу для случая, когда она вызывается появлением свинцовой дробинки.

Рассмотрим произвольно выбранный элемент воды (рис.3). Он находится в состоянии покоя, а значит, сила, действующая со стороны «поля» тяготения дробинки, полностью компенсируется архимедовой силой. Найдем эту силу:

\(~F_A = F_{pr} = m_{el-ta'vodi}E_{polya} = \rho_{vodi}V_{el-ta'vodi}E_{polya}.\)

Рис. 3

Очевидно, что эта формула, так напоминающая классический школьный вариант \(~F_A = \rho V g ,\) может использоваться и для «поля» отталкивания (в этом случае она также будет направлена против «поля»).

А теперь можно попробовать учесть все силы. Вернемся к случаю двух свинцовых дробинок. Полная сила \( \vec F_1 ,\) действующая на первую дробинку, равна векторной сумме силы, вызванной «полем» второй дробинки, и архимедовой силы (рис.4):

\(~F_1 = F_{polya2} — F_A = m_1 E_{polya2} — \rho_{vody} V_1 E_{polya2} = \left( 1 — \frac{ \rho_{vody} }{ \rho_{dr} } \right) m_1 E_{polya2} = \left( 1 — \frac{ \rho_{vody} }{ \rho_{dr} } \right) m_1 G \frac{m_2}{r2} \left( 1 — \frac{ \rho_{vody} }{ \rho_{dr} } \right) = G \frac{m_1m_2}{r2} \left( 1 — \frac{ \rho_{vody} }{ \rho_{dr} } \right)2.\)

Рис. 4

Полная симметрия этой формулы относительно индексов показывает, что полная сила, действующая на вторую дробинку, будет по величине такой же\[~F_2 = F_1.\] Наличие квадрата выражения в скобках в этой формуле тоже не случайно.

Если плотность среды оказывается больше плотности вещества, то знак силы не меняется. А значит, два деревянных шарика в водной вселенной тоже будут притягиваться.

И тогда последнюю формулу можно переписать в более общем виде:

\(~~F = G\frac{m_1m_2}{r2} \left( 1 — \frac{ \rho_{sredy} }{ \rho_{veschestva} } \right)2.\)

Однако и эту формулу нельзя использовать для расчета сил, действующих на тела с различными плотностями. Вернемся к ситуации с деревянным шариком и свинцовой дробинкой.

Найдем силу, действующую на свинцовую дробинку. Деревянный шарик создает силу отталкивания, но в противоположную сторону действует архимедова сила (рис.5).

Полную силу \(\vec F_{dr}\) найдем как векторную сумму соответствующих сил:

\(~F_{dr}=F_A — F_{ottalk} = \rho_{vodi}V_{dr}E_{ottalk} — m_{dr}E_{ottalk} = \left( \frac{ \rho_{vodi} }{ \rho_{dr} } -1 \right)m_{dr}E_{ottalk} = \left( \frac{ \rho_{vodi} }{ \rho_{dr} }-1 \right)m_{dr}G \frac{m_{dereva}}{r2}\left( 1 — \frac{ \rho_{vodi} }{ \rho_{dereva} } \right) = G\frac{m_{dereva}m_{dr}}{r2}\left( \frac{ \rho_{vodi} }{ \rho_{dr} } -1 \right) \left( 1 — \frac{ \rho_{vodi} }{ \rho_{dereva} } \right).\)

Мы видим, что \(~F_{dr} < 0\) , а значит, сила отталкивания больше архимедовой силы. Таким образом, деревянный шарик и свинцовая дробинка будут отталкиваться друг от друга. Можно показать, что такая же по модулю, но противоположно направленная сила будет действовать и на деревянный шарик.

Итак, общая формула, описывающая «взаимодействие» двух тел в бесконечной жидкой среде, имеет следующий вид:

\(~F = G\frac{m_1m_2}{r2}\left( \frac{ \rho_{vesch1} — \rho_{sredy} }{ \rho_{vesch1} } \right) \left( \frac{ \rho_{vesch2} — \rho_{sredy} }{ \rho_{vesch2} } \right).\)

Очевидно, что в частном случае, когда плотности тел одинаковы, вне зависимости от их соотношения с плотностью среды эти тела будут притягиваться друг к другу \(~(F > 0).\) Притяжение будет наблюдаться и в том случае, когда плотности не равны, но обе либо больше, либо меньше плотности среды.

Тогда выражения в скобках в последней формуле будут одного знака, и сила будет положительной. Отталкивание тел возможно лишь тогда, когда плотность одного тела больше плотности среды, а плотность другого — меньше. В этом случае сила меняет знак на отрицательный, что говорит об отталкивании тел.

Если же плотность одного из тел совпадает с плотностью среды, то сила обращается в ноль.

Источник: http://www.physbook.ru/index.php/Kvant._%D0%93%D1%80%D0%B0%D0%B2%D0%B8%D1%82%D0%B0%D1%86%D0%B8%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D0%BE%D1%82%D1%82%D0%B0%D0%BB%D0%BA%D0%B8%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5

Закон Кулона

Как найти силу взаимного отталкивания...

  • Справочник
  • Законы
  • Закон Кулона

Закон Кулона количественно описывает взаимодействие заряженных тел. Он является фундаментальным законом, то есть установлен при помощи эксперимента и не следует ни из какого другого закона природы.

Он сформулирован для неподвижных точечных зарядов в вакууме. В реальности точечных зарядов не существует, но такими можно считать заряды, размеры которых значительно меньше расстояния между ними.

Сила взаимодействия в воздухе почти не отличается от силы взаимодействия в вакууме (она слабее менее чем на одну тысячную).

Электрический заряд – это физическая величина, характеризующая свойство частиц или тел вступать в электромагнитные силовые взаимодействия.

Впервые закон взаимодействия неподвижных зарядов был открыт французским физиком Ш. Кулоном в 1785 г. В опытах Кулона измерялось взаимодействие между шариками, размеры которых много меньше расстояния между ними. Такие заряженные тела принято называть точечными зарядами.

На основании многочисленных опытов Кулон установил следующий закон:

Сила взаимодействия двух неподвижных точечных электрических зарядов в вакууме прямо пропорциональна произведению их модулей и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Она направлена вдоль прямой, соединяющей заряды, и является силой притяжения, если заряды разноименные, и силой отталкивания, если заряды одноименные.

Если обозначить модули зарядов через |q1| и |q2|, то закон Кулона можно записать в следующей форме:

\[ F = k \cdot \dfrac{\left|q_1 \right| \cdot \left|q_2 \right|}{r2} \]

Коэффициент пропорциональности k в законе Кулона зависит от выбора системы единиц.

\[ k=\frac{1}{4\pi \varepsilon _0} \]

Полная формула закона Кулона:

\[ F = \dfrac{\left|q_1 \right|\left|q_2 \right|}{4 \pi \varepsilon_0 \varepsilon r2} \]

Где :

\( F \) — Сила Кулона

\( q_1 q_2 \) — Электрический заряд тела

\( r \) — Расстояние между зарядами

\( \varepsilon_0 = 8,85*10{-12} \) — Электрическая постоянная

\( \varepsilon \) — Диэлектрическая проницаемость среды

\( k = 9*109 \) — Коэффициент пропорциональности в законе Кулона

Силы взаимодействия подчиняются третьему закону Ньютона: \( \vec{F}_{12}=\vec{F}_{21} \) . Они являются силами отталкивания при одинаковых знаках зарядов и силами притяжения при разных знаках.

Электрический заряд обычно обозначается буквами q или Q.

Совокупность всех известных экспериментальных фактов позволяет сделать следующие выводы:

  • Существует два рода электрических зарядов, условно названных положительными и отрицательными.
  • Заряды могут передаваться (например, при непосредственном контакте) от одного тела к другому. В отличие от массы тела электрический заряд не является неотъемлемой характеристикой данного тела. Одно и то же тело в разных условиях может иметь разный заряд.
  • Одноименные заряды отталкиваются, разноименные – притягиваются. В этом также проявляется принципиальное отличие электромагнитных сил от гравитационных. Гравитационные силы всегда являются силами притяжения.

Взаимодействие неподвижных электрических зарядов называют электростатическим или кулоновским взаимодействием. Раздел электродинамики, изучающий кулоновское взаимодействие, называют электростатикой.

Закон Кулона справедлив для точечных заряженных тел. Практически закон Кулона хорошо выполняется, если размеры заряженных тел много меньше расстояния между ними.

Отметим, чтоб выполнялся закон Кулона необходимо 3 условия:

  • Точечность зарядов — то есть расстояние между заряженными телами много больше их размеров.
  • Неподвижность зарядов. Иначе вступают в силу дополнительные эффекты: магнитное поле движущегося заряда и соответствующая ему дополнительная сила Лоренца, действующая на другой движущийся заряд .
  • Взаимодействие зарядов в вакууме.

В Международной системе СИ за единицу заряда принят кулон (Кл).

Кулон – это заряд, проходящий за 1 с через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А. Единица силы тока (Ампер) в СИ является наряду с единицами длины, времени и массы основной единицей измерения.

ЗаконыФормулы Физика Теория Электричество Закон

Заряженный шарик приводят в соприкосновение с точно таким же незаряженным шариком. Находясь на расстоянии \( r = 15 \) см, шарики отталкиваются с силой \( F = 1 \) мН. Каков был первоначальный заряд заряженного шарика?

При соприкосновении заряд разделится ровно пополам (шарики одинаковые).По данной силе взаимодействия можем определить заряды шариков после соприкосновения (не забудем, что все величины надо представить в единицах СИ – \( F = 10{-3} \) Н, \( r = 0.15 \) м):

\( F = \dfrac{k\cdot q2}{r2} , q2 = \dfrac{F\cdot r2}{k} \)

\( k=\dfrac{1}{4\cdot \pi \cdot \varepsilon _0} = 9\cdot 109 \)

\( q=\sqrt{\dfrac{f\cdot r2}{k} } = \sqrt{\dfrac{10{-3}\cdot (0.15)2 }{9\cdot 109} } = 5\cdot 108 \)

Тогда до соприкосновения заряд заряженного шарика был вдвое больше: \( q_1=2\cdot 5\cdot 10{-8}=10{-7} \)

\( q_1=10{-7}=10\cdot 10{-6} \) Кл, или 10 мкКл.

Два одинаковых маленьких шарика массой по 0,1г каждый подвешены на непроводящих нитях длиной \( \displaystyle{\ell = 1\,{\text{м}}} \) к одной точке. После того как шарикам были сообщены одинаковые заряды \( \displaystyle{q} \) , они разошлись на расстояние \( \displaystyle{r=9\,{\text{см}}} \) . Диэлектрическая проницаемость воздуха \( \displaystyle{\varepsilon=1} \) . Определить заряды шариков.

\( \displaystyle{m=0,1\,{\text{г}}=10{-4}\,{\text{кг}}} \)

\( \displaystyle{\ell=1\,{\text{м}}} \)

\( \displaystyle{r=9\,{\text{см}}=9\cdot 10{-2}\,{\text{м}}} \)

\( \displaystyle{\varepsilon = 1} \)

\( \displaystyle{q} — ? \)

Поскольку шарики одинаковы, то на каждый шарик действуют одинаковые силы: сила тяжести \( \displaystyle{m \vec g} \), сила натяжения нити \( \displaystyle{\vec T} \)и сила кулоновского взаимодействия (отталкивания) \( \displaystyle{\vec F} \). На рисунке показаны силы, действующие на один из шариков. Поскольку шарик находится в равновесии, сумма всех сил, действующих на него, равна 0. Кроме того, сумма проекций сил на оси \( \displaystyle{OX} \) и \( \displaystyle{OY} \)равна 0:

\( \begin{equation} {{\mbox{на ось }} {OX} : \atop { \mbox{ на ось }} {OY} : }\quad \left\{\begin{array}{ll} F-T\sin{\alpha} & =0 \\ T\cos{\alpha}-mg & =0 \end{array}\right. \quad{\text{или}}\quad \left\{\begin{array}{ll} T\sin{\alpha} & =F \\ T\cos{\alpha} & = mg \end{array}\right. \end{equation} \)

Решим совместно эти уравнения. Разделив первое равенство почленно на второе, получим:

\( \begin{equation} {\mbox{tg}\,}= {F\over mg}\,. \end{equation} \)

Так как угол \( \displaystyle{\alpha} \) мал, то

\( \begin{equation} {\mbox{tg}\,}\approx\sin{\alpha}={r\over 2\ell}\,. \end{equation} \)

Тогда выражение примет вид:

\( \begin{equation} {r\over 2\ell}={F\over mg}\,. \end{equation} \)

Сила \( \displaystyle{F} \)по закону Кулона равна: \( \displaystyle{F=k{q2\over\varepsilon r2}} \). Подставим значение \( \displaystyle{F} \)в выражение (52):

\( \begin{equation} {r\over 2\ell}={kq2\over\varepsilon r2 mg}\,, \end{equation} \)

откуда выразим в общем виде искомый заряд:

\( \begin{equation} q=r\sqrt{r\varepsilon mg\over 2k\ell}\,. \end{equation} \)

После подстановки численных значений будем иметь:

\( \begin{equation} q= 9\cdot 10{-2}\sqrt{9\cdot 10{-2}\cdot 1 \cdot 10{-4}\cdot 9,8\over 2\cdot 9\cdot 109\cdot 1}\, {{\text{Кл}}}=6.36\cdot 10{-9}\, {{\text{Кл}}}\,. \end{equation} \)

Предлагается самостоятельно проверить размерность для расчетной формулы .

Ответ: \( \displaystyle{q=6,36\cdot 10{-9}\,{\text{Кл}}\,.} \)

\( \displaystyle{q=6,36\cdot 10{-9}\,{\text{Кл}}\,.} \)

Какую работу надо совершить, чтобы перенести точечный заряд \( \displaystyle{q=6\,{\text{нКл}}} \) из бесконечности в точку, находящуюся на расстоянии \( \displaystyle{\ell = 10\,{\text{см}}} \) от поверхности металлического шарика, потенциал которого \( \displaystyle{\varphi_{\text{ш}}=200\,{\text{В}}} \), а радиус \( \displaystyle{R = 2\,{\text{см}}} \)? Шарик находится в воздухе (считать \( \displaystyle{\varepsilon=1} \)). \( \displaystyle{q=6\,{\text{нКл}}=6\cdot 10{-9}\,{\text{Кл}}} \)\( \displaystyle{\ell=10\,{\text{см}}} \)\( \displaystyle{\varphi_{\text{ш}}=200\,{\text{В}}} \)\( \displaystyle{R=2\,{\text{см}}} \) \( \displaystyle{\varepsilon = 1} \) \( \displaystyle{A} \) — ?

Работа, которую необходимо совершить, чтобы перенести заряд из точки с потенциалом \( \displaystyle{\varphi_1} \) в точку с потенциалом \( \displaystyle{\varphi_2} \) , равна изменению потенциальной энергии точечного заряда, взятому с обратным знаком:

\( \begin{equation} A=-\Delta W_n\,. \end{equation} \)  

Известно, что \( \displaystyle{A=-q(\varphi_2-\varphi_1) } \) или

\( \begin{equation} A=q(\varphi_1-\varphi_2) \,. \end{equation} \)  

Поскольку точечный заряд первоначально находится на бесконечности, то потенциал в этой точке поля равен 0: \( \displaystyle{\varphi_1=0} \) .

Определим потенциал в конечной точке, то есть \( \displaystyle{\varphi_2} \) .

Пусть \( \displaystyle{Q_{\text{ш}}} \) – заряд шарика. По условию задачи потенциал шарика известен (\( \displaystyle{\varphi_{\text{ш}}=200\,{\text{В}}} \) ) , тогда:

\( \begin{equation} \varphi_{\text{ш}}={Q_{\text{ш}}\over 4\pi\varepsilon_o\varepsilon R}\,, \end{equation} \)  

\( \begin{equation} {\text{откуда}}\quad Q_{\text{ш}}=\varphi_{\text{ш}}\cdot 4\pi\varepsilon_o\varepsilon R\,. \end{equation} \)  

Значение потенциала поля в конечной точке с учетом :

\( \begin{equation} \varphi_2={Q_{\text{ш}}\over 4\pi\varepsilon_o\varepsilon(R+\ell) }= {\varphi_{\text{ш}}R\over (R+\ell) }\,. \end{equation} \)  

Подставим в выражение значение \( \displaystyle{\varphi_1} \) и \( \displaystyle{\varphi_2} \) , после чего получим искомую работу:

\( \begin{equation} A=-q{\varphi_{\text{ш}}R\over (R+\ell) }\,. \end{equation} \)  

В результате расчетов получим: \( \displaystyle{A=-2\cdot 10{-7}\,{\text{Дж}}} \) .

Знак «\( \displaystyle{-} \) » показывает, что работа производится против сил электростатического поля, при этом энергия заряда увеличивается.

\( \displaystyle{A=-2\cdot 10{-7}\,{\text{Дж}}} \) .

Три шарика соединены между собой одинаковыми резиновыми шнурами так, что получился правильный треугольник. Система лежит на гладком горизонтальном столе. Какие одинаковые заряды надо сообщить шарикам, чтобы площадь треугольника увеличилась в 4 раза? Коэффициент жесткости каждого шнура \( k \), начальная длина \( l \).

Площадь изменяется пропорционально квадрату коэффициента подобия, поэтому, если площадь выросла вчетверо, то, следовательно, длина шнура увеличилась вдвое: \( l_1=2 \cdot l \) .

Тогда модуль силы взаимодействия между соседними зарядами равен:

\( F = \dfrac{k\cdot q2}{l{2}_{1}} =\Delta l\cdot k_{pr} \)

Причем удлинение шнура равно: \( \Delta l = l \).

Откуда величина заряда равна:

\( q=\sqrt{\frac{4\cdot l3\cdot k_{pr}}{k} } \)

\( q=2\cdot l\cdot \sqrt{\frac{l\cdot k_{pr}}{k} } \)

\( q=2\cdot l\cdot \sqrt{\frac{l\cdot k_{pr}}{k} } \)

Не можешь написать работу сам?

Доверь её нашим специалистам

от 100 р.стоимость заказа

Если материал понравился Вам и оказался для Вас полезным, поделитесь им со своими друзьями!

  • Сила Ампера – сила, действующая на проводник тока, находящийся в магнитном поле и равная произведению силы тока в проводнике, модуля вектора индукции магнитного поля, длины проводника и синуса угла между вектором магнитного поля и направлением тока в проводнике.
  • Сила упругости, возникающая в теле при его деформации, прямо пропорциональна величине этой деформации.
  • Парциальное давление каждого газа, входящего в состав смеси, это давление, которое создавалось бы той же массой данного газа, если он будет занимать весь объем смеси при той же температуре.
  • Давление на поверхность жидкости, произведенное внешними силами, передается жидкостью одинаково во всех направлениях.
  • Закон всемирного тяготенияМежду любыми материальными точками существует сила взаимного притяжения, прямо пропорциональная произведению их масс и обратно пропорциональная квадрату расстояния между ними, действующая по линии, соединяющей эти точки
  • Основные тригонометрические тождестваТригонометрические тождества — это равенства, которые устанавливают связь между синусом, косинусом, тангенсом и котангенсом одного угла, которая позволяет находить любую из данных функций при условии, что будет известна какая-либо другая.
  • Второй закон термодинамикиНевозможно создать круговой процесс, результатом которого станет исключительно превращение теплоты, которое получено от нагревателя, в работу.
  • Четырёхугольник — многоугольник, состоящий из четырех точек (вершин) и четырёх отрезков (сторон), попарно соединяющих эти точки.

Источник: https://calcsbox.com/post/zakon-kulona.html

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Как найти силу взаимного отталкивания...

Cтраница 1

Образование соединения MeL.  [1]

Сила взаимного отталкивания, действующая между РѕР±РѕРёРјРё ионами L -, является наименьшей РІ том случае, РєРѕРіРґР° РѕРЅРё приближаются Рє комплексообразователю СЃ противоположных сторон.  [2]

Ведение силы взаимного отталкивания РґРІСѓС… частиц Р№Р° расстояние между РЅРёРјРё — должно быть постоянной величиной, или, РґСЂСѓРіРёРјРё словами, сила отталкивания должна быть обратно пропорциональна расстоянию. РќРѕ Ньютон показал невозможность такого закона для молекулярных СЃРёР», так как РёР· него следовало Р±С‹, что действие отдаленных частей тела превышает действие соседних частей. Согласно этому закону, давление газа РїСЂРё РѕРґРЅРѕР№ Рё той же плотности РЅРµ будет одинаково РІ различных сосудах, РЅРѕ РІ большом СЃРѕСЃСѓРґРµ будет значительнее, чем РІ маленьком, Р° РЅР° открытом РІРѕР·РґСѓС…Рµ будет больше, чем РІ любом СЃРѕСЃСѓРґРµ.  [3]

Определить силу взаимного отталкивания РґРІСѓС… шариков РІ РІРѕР·РґСѓС…Рµ, если каждый РёР· РЅРёС… заряжен РґРѕ потенциала 600 Р’.  [4]

Та же сила взаимного отталкивания электронных оболочек действует между ионами, препятствуя тяготеющим друг к другу разноименным ионам сблизиться до полного соприкосновения.

Та жесила возникает при сближении нейтральных молекул и отбрасывает соударяющиеся молекулы друг от друга так, как если бы молекулы были подобны упругим шарам.

Можно вообразить существование идеального газа, атомы которого совершенно лишены СЃРёР» притяжения, РЅРѕ невозможно представить себе вещество, атомы которого РЅРµ были Р±С‹ наделены силами отталкивания, проявляющимися хотя Р±С‹ РІ моменты СЃРѕСѓРґР° -, рения.  [5]

Представление о силах взаимного отталкивания, которые возникают при сближении атомов, появилось довольно давно.

Уже около ста лет назад было выяснено, что силы отталкивания должны зависеть определенным образом РѕС‚ расстояния Рё что представление РѕР± атомах Рё молекулах как РѕР± СѓРїСЂСѓРіРёС… сферах типа бильярдных шаров РЅРµ позволяет объяснить некоторые экспериментальные факты, например вязкость РІРѕР·РґСѓС…Р°. Р’ 1866 Рі. Максвелл пришел Рє выводу, что молекулы газов нельзя рассматривать просто как СѓРїСЂСѓРіРёРµ сферы определенного радиуса, Р° лучше РёС… представлять как совокупности малых частиц, отталкивающихся РґСЂСѓРі РѕС‚ РґСЂСѓРіР°. РџСЂРё этом направление СЃРёР» отталкивания всегда совпадает СЃ РїСЂСЏРјРѕР№, соединяющей центры тяжести молекул, Р° РёС… величина является некоторой функцией расстояния между РЅРёРјРё.  [6]

Силы притяжения уравновешиваются силами взаимного отталкивания РёРѕРЅРѕРІ между СЃРѕР±РѕСЋ, Р° также силами взаимного отталкивания, вызываемыми движением электронов. Если РїРѕРґ воздействием внешней силы сместить РІ определенных пределах РѕРґРЅСѓ часть кристалла относительно РґСЂСѓРіРѕР№, то благодаря наличию электронного газа нарушающиеся СЃРІСЏР·Рё между электронами Рё ионами Р±СѓРґСѓС‚ немедленно восстановлены. Это препятствует разрушению кристаллической решетки.  [7]

Поэтому сближение частиц сопровождается появлением СЃРёР» взаимного отталкивания. Если запас энергии недостаточен, молекулы разлетаются, РЅРµ прореагировав.  [8]

РќР° малых расстояниях между атомами проявляют СЃРІРѕРµ действие силы взаимного отталкивания, РЅРµ позволяющие электронам данного атома слишком глубоко проникнуть внутрь электронных оболочек РґСЂСѓРіРѕРіРѕ атома. I, В§ 10.1), силы притяжения Рё отталкивания различно зависят РѕС‚ рас-стояния Рі между атомами. Силы отталкивания являются более короткодействующими, чем силы притяжения. РџСЂРё увеличении расстояния между атомами силы отталкивания убывают быстрее, чем силы притяжения.  [9]

Второй член РІ правой части формулы (12.7) соответствует силам взаимного отталкивания молекул.  [10]

Формулируя свои положения о частицах газов и о присущих им силах взаимного отталкивания, Дальтон, как он сам указывает, исходил из представлений �.

Ньютона, одного из сторонников корпускулярного учения конца XVII в.

С книгой Ньютона Математические начала натуральной философии Дальтон познакомился еще в ранний период научной деятельности и особенно тщательно изучил эгу книгу в 1801 г.

Р’ лекциях Дальтон писал: Ньютон РІ 23 — Рј предложении 2 РєРЅРёРіРё СЃРІРѕРёС… Начал СЏСЃРЅРѕ показал, что СѓРїСЂСѓРіРёР№ флюид состоит РёР· маленьких частиц или атомов вещества, которые отталкивают РґСЂСѓРі РґСЂСѓРіР° СЃ силой, возрастающей СЃ уменьшением расстояния между РЅРёРјРё.  [11]

Какой отрицательный заряд qt нужно поместить РІ центре квадрата, чтобы сила взаимного отталкивания положительных зарядов была уравновешена силой притяжения отрицательной: заряда.  [12]

При сближении элементарных частиц возрастают силы упругости, возникающие вследствие увеличения силы взаимного отталкивания.

Эти силы упругости, противодействуя силам деформации, подчиняются1 закону Гука, согласно которому напряжение деформированного-тела пропорционально относительной деформации.

Р�Р· этого закона следует, что чем больше деформация, тем больше напряжение тела.  [13]

РћРґРёРЅ РёР· СЃРїРѕСЃРѕР±РѕРІ создания необходимых условий для коагуляции состоит РІ ослаблении СЃРёР» взаимного отталкивания частиц путем уменьшения РёС… поверхностного заряда.  [14]

Учитывая конечные размеры молекул, мы приближенно принимаем во внимание дей-с вне сил взаимного отталкивания между ними.

Такая модель газа, принятая Ван-дер — Ваальсом, позволила ему получить уравнение состояния реального газа более совершенное, чем уравнение Клапейрона Менделеева.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

Источник: https://www.ngpedia.ru/id422002p1.html

Biz-books
Добавить комментарий